TUGAS ELEMEN MESIN II
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Perencanaan suatu elemen mesin yang akurat memegang peranan penting
terhadap prestasi karya suatu mesin. Karena dengan perencanaan tersebut dapat
dirumuskan karakteristik dari elemen mesin tersebut seperti daya yang ditransmisikan,
putaran mesin, momen puntir, momen gesek, lama pemakaian dan sebagainya. Agar
suatu elemen mesin dapat bekerja secara optimal, maka karakteristik tersebut perlu
diperhatikan dalam perencanaan.
Bertitik tolak dari asumsi tersebut, seorang calon engineer perlu memiliki
pengetahuan dan wawasan mengenai disain suatu elemen mesin agar nantinya pada
saat telah berkecimpung dalam dunia industri khususnya industri produk spare parts
dapat merencanakan suatu produk yang memiliki keunggulan tersendiri. Oleh karena
itu dalam kurikulum Jurusan Mesin disajikan mata kuliah disain perencanaan yaitu
Tugas Elemen Mesin, khususnya yang akan direncanakan dalam tugas ini adalah
perencanaan kopling.
Tugas perencanaan kopling ini pada mobil bermesin diesel dan saya
mengambil contoh pada mobil truk kecil Toyota Dyna tipe 110 ST. Kopling yang
terdapat pada mobil ini adalah termasuk kopling tak tetap jenis kopling plat.
TUGAS ELEMEN MESIN II
1.2 Tujuan Perencanaan
Perencanaan suatu elemen mesin haruslah benar-benar teliti dan cermat, maka
khusus dalam perencanaan kopling ini terdapat beberapa tujuan yang hendak dicapai
agar kopling yang direncanakan sesuai dengan kebutuhan.
Adapun tujuan tersebut antara lain :
Mendapatkan kekuatan kopling yang baik dengan dasar bahwa faktor
keamanan yang dimilikinya adalah optimal yang ditunjang dengan
pemilihan beban yang sesuai.
Mendapatkan kopling yang kuat tetapi ekonomis.
Dapat memperkirakan umur kopling yang direncanakan.
Memiliki efesiensi kerja yang tinggi.
1.3 Batasan Masalah
Pada tugas elemen mesin ini akan direncanakan sebuah kopling gesek tidak
tetap dari Toyota Dyna tipe 110 ST dengan bahan bakar solar. Adapun data sebagai
berikut :
a. Daya maksimum = 110 PS
b. Putaran maksimum = 2800 rpm
c. Transmisi = Manual 5 Kecepatan/ 5 Speed Manual
TUGAS ELEMEN MESIN II
BAB II
TEORI DASAR
2.1 Pengertian Kopling
Kopling merupakan suatu bagian dari mesin yang berfungsi sebagai
sambungan poros dengan elemen mesin yang lain dengan terus menerus atau kadang-
kadang harus ikut berputar dengan poros tersebut.
Sehubungan dengan tujuannya, terdapat bermacam-macam prinsip kopling
tersebut antara lain:
a. Kalau harus dibuat suatu sambungan mati, dipergunakan sambungan lekat.
b. Kalau kopling harus memperbolehkan gerakan poros yang satu terhadap poros
yang lain dalam arah memanjang sebagai akibat perubahan temperatur, dalam
arah radial sebagai akibat ketidaktelitian ketika memasang maka dipasang kopling
yang dapat bergerak atau fleksibel.
c. Suatu sambungan yang mengurangi tumbukan lewat akumulasi kerja dan lewat
pengubahan kerja menjadi kalor dan yang banyak atau sedikit meredam getaran,
dinamakan kopling elastis.
d. Apabila sambungan dapat dibuat bekerja hanya kalau sedang berhenti tetapi dapat
dilepaskan selama bekerja, maka kita sedang berhadapan dengan kopling yang
dapat dilepaskan misalnya pada kopling cakar.
e. Apabila sambungan sembarang waktu selama sedang bergerak harus dapat
dihubungkan dan dilepaskan maka dipergunakan kopling ynag dapat dihubungkan
misalnya kopling gesek, kopling hidrolik atau kopling induksi elektromagnetik.
f. Untuk pekerjaan berat atau pekerjaan peka, dipergunakan kopling aman untuk
menghindari tumbukan dalam bagian yang peka dipergunakan perkakas yang
digerakkan atau beban yang terlampau besar dalam mesin penggerak, motor dan
sebagainya. Untuk itu dipergunakan koling stater.
Adapun hal-hal yang perlu diperhatikan dalam merencanakan sebuah kopling
adalah sebagai berikut:
Kopling harus ringan, sederhana dan semurah mungkin dan mempunyai garis
tengah sekecil mungkin.
TUGAS ELEMEN MESIN II
Garis poros yang hendak disambung harus berderet dengan tepat terutama
apabila kopling tidak fleksibel atau elastis.
Titik berat kopling harus terletak pada sumbu poros, tambahan pula kopling
harus disetimbangkan secara dinamik, kalau tidak telah disetimbangkan).
Bagian menonjol harus dicegah atau ditutupi sedemikian rupa sehingga tidak
menimbulkan bahaya.
2.2 Klasifikasi Kopling
Secara umum kopling dapat dibedakan atas 2 macam, yaitu :
1. Kopling tetap
Kopling tetap yaitu elemen mesin yang berfungsi sebagai penerus putaran dan
daya poros penggerak ke poros yang digerakkan secara pasti (tanpa terjadi slip),
dimana sumbu poros penggerak tersebut terletak pada satu garis yang lurus. Yang
termasuk dalam kopling tetap adalah:
a. Kopling kaku
Kopling ini dipergunakan bila kedua poros harus dihubungkan dengan sumbu
segaris. Kopling ini dipakai pada mesin dan poros transmisi umumnya di pabrik-
pabrik. Kopling ini terbagi atas:
Kopling box atau kotak digunakan apabila dua buah poros dan
transmisi harus dihubungkan dengan sebuah garis. Kopling ini dipakai
pada poros transmisi.
Kopling flens kaku terdiri dari naf dengan flens yang terbuat dari besi
cor atau baja cor dan dipasang pada ujung poros yang diberi pasak
serta diikat dengan flensnya. Dalam beberapa hal, naf pada poros
dengan sumbunya dipress atau dibaut.
Kopling flens tempa.
b. Kopling luwes, kopling ini terbagi atas:
Kopling flens lurus
Kopling karet ban
Kopling karet bintang
Kopling rantai
Kopling gigi
c. Kopling universal, kopling ini terbagi atas:
TUGAS ELEMEN MESIN II
Kopling universal hook
Kopling universal
2. Kopling tak tetap
Kopling ini terbagi atas :
a. Kopling cakar
Kopling ini berfungsi untuk meneruskan momen dengan kontak positif
(tidak dengan perantaraan gesekan) sehingga tidak terjadi slip. Ada dua bentuk
kopling cakar yaitu:
Kopling cakar persegi
Kopling cakar spiral
b. Kopling Plat
Kopling ini disusun berdasarkan :
Berdasarkan banyaknya plat yaitu kopling plat tunggal dan kopling
plat banyak.
Berdasarkan ada tidaknya pelumas yang digunakan yaitu basah dan
kering.
Berdasarkan pelayanannya yaitu kopling manual, hidrolik, numatik
dan elektromagnetik.
c. Kopling kerucut
d. Kopling friwill
e. Kopling gesek ( dutch )
TUGAS ELEMEN MESIN II
BAB III
PERENCANAAN KOPLING
Perencanaan kopling dari mobil truk Toyota Dyna dengan data sebagai berikut :
a. Daya maksimum = 110 PS
b. Putaran poros = 1800 rpm
c. Torsi maksimum = 29 kgm/1800 rpm
d. Bahan untuk poros = ST 60
e. Jenis kopling adalah kopling gesek dengan satu plat gesek
f. Bahan plat gesek adalah asbestos yang dipres (direncanakan) dan beroperasi
kering.(Temperatur maksimum, = 250° C ).
A. Perhitungan Poros
1. Momen puntir pada poros (Mp)
)1.(........................................)(71620 Kgcm
n
NMp
di mana : N = Daya
= 110 PS
n = Banyaknya putaran
= 1800 rpm
Kgcm
Mp
78,43761800
11071620
2. Momen puntir yang direncanakan (Mpd)
Mpd = x Mp………………………………………..(2)
Di mana : = faktor kelebihan beban
= 1 6
= 1 (direncanakan)
Mpd = 1 x 4376, 78 Kgcm
= 4376, 78 Kgcm
3. Momen gesek yang direncanakan (Mfr)
Mfr = x Mpd ………………….. (3)
Di mana : = faktor penyambungan
TUGAS ELEMEN MESIN II
= 1,2 1,5
= 1,5 (direncanakan)
Mfr = 1,5 x 4376,78
= 6565, 17 kgcm
Bahan poros yang digunakan dalam perencanaan ini adalah St. 60. Ini berarti
tegangan tariknya adalah :
= 6000 kg/cm²
1. Besarnya tegangan tarik yang diizinkan ( )
)4.......(..............................
sIIbol
di mana : S = faktor keamanan
= 5 8
= 8 (direncanakan)
2/750
8
6000
cmKg
IIbol
2. Besarnya tegangan geser yang diizinkan ( )
2/5,433
73,1
750
)5.(........................................73,1
cmKg
bolIIbolII
3. Diameter poros ( )
cm
Mfrd
bolIIp
23,4
5,433
17,65655
)6........(..............................5
3
3
= 4, 5 cm (normalisasi)
B. Perhitungan ukuran kopling / plat gesek
TUGAS ELEMEN MESIN II
Berdasarkan data-data yang dikemukakan di atas (untuk desain poros), dari V.
Dobrovolsky halaman 503 diperoleh data-data sebagai berikut :
μ = 0,3 (koefisien gesek)
p = 2 3 kg/cm² (tekanan)
= 2 kg/cm² (direncanakan)
= (150 250) °C (temperatur operasi)
Dari V. Dobrovolsky halaman 513 diketahui :
)(2,0
5,02,0)(5,0
)8,0(8,06,0
dipilih
rr
rr
r
b
andirencanakr
r
inout
inout
m
out
in
di mana : = jari-jari dalam bidang gesek
= jari-jari luar bidang gesek
= jari-jari rata-rata permukaan plat gesek
= 0,5 ( + )
b = lebar disk
Tabel 67 (V. Dobrovolsky), Friction material in wide use
Material of
friction surface
Operation
Condition
Coeficient of
Friction
Unit Pressure
(kg/cm2)
Maximum
Operation
Temperatur (oC)
Presed
Asbestos
Dry 0,3 2 3 150 250
TUGAS ELEMEN MESIN II
Jadi : = …………………………….(7)
=
= 20, 58 cm
Dari perbandingan :
b/ = 0,2
b = 0,2 x 20, 58
= 4, 12 cm
/ = 0,8
= 0,8
= 0,5 ( + 0,8 )
= 0,9
= 20,58/0,9
= 22, 87 cm
= 0,8
= 0,8 x 22, 87
= 18, 3 cm
Jadi : = 2 x
= 2 x 22, 87
= 45, 74 cm
= 2 x
= 2 x 18, 3
= 36, 6 cm
= 2 x
= 2 x 20, 58
= 41, 16 cm
C. Perencanaan Spline
TUGAS ELEMEN MESIN II
Spline merupakan pasak yang dibuat menyatu dengan poros sesuai dengan
lubang alur pasaknya pada naf. Spline poros berfungsi sebagai key antara poros dan
naf ,sehingga momen puntir dari cakra dipindahkan dari alur spline yang
mengakibatkan poros tersebut berputar bersama-sama cakra.
Direncanakan jumlah spline 10 buah.
Dari tabel 10, Hand Book Kent formula untuk proporsi seplain :
No. of Seplain W for all fitt Permanent fitt To slide under load
H d h d
10 0,150D 0,045D 0,910D 0,095D 0,81D
W = lebar spline
D = diameter spline
= /0,8 = 4,5/0,8 = 5, 63 cm
h = tinggi spline
= 0,095 D
= 0,095 x 5, 63
= 0, 535 cm
Jadi, jari-jari rata-rata ( )
= (D + )/4 = (5,63 + 4,5)/4
= 2, 5 cm
Diameter rata-rata ( )
= 2 x
= 2 x 2, 5
= 5 cm
W for all fitt = 0,150 x D
= 0,150 x 5, 63
= 0, 84 cm
Bahan spline dipilih St. 55 ( = 5.500 kg/cm2) maka, besarnya tegangan geser yang
diizinkan ( )
TUGAS ELEMEN MESIN II
= / 1, 73S
= 5.500 / 1, 73 x 8
= 397, 39 kg/cm2
= ……………………. (8)
di mana : f = ……………………………(9)
l = panjang seplain = 5 cm (direncanakan)
f =
= 2 cm
= 0, 72( koefisien gesek)
maka : =
= 182, 37 Kg/cm2
Karena < , yaitu 182, 37 < 397,39 (Kg/cm²). Maka dapat dikatakan seplain
aman.
D. Pemeriksaan Hasil Perhitungan
1. Perhitungan berat kopling (plat dan kampas kopling)
a. Berat kampas (G1)
G1 = ……………………(10)
Dimana : t = tebal asbes (0,2 0,5) = 0,5 cm (direncanakan)
= berat jenis
= 2,1 2,8
= 2,5 gram/cm³ (direncanakan)
G1 =
= 738, 48 gram
G1 = Kampas (2 sisi)
= 2 x 738, 48
= 1476, 96 gram
TUGAS ELEMEN MESIN II
b. Berat plat tengah (G2)
G2 = ………………………….(11)
Di mana : t = tebal asbes (0,2 0,5)
= 0,5 cm (direncanakan)
= berat jenis
= 7,6 7,89 (besi tempa)
= 7,8 gram/cm³ (direncanakan)
maka :
G2 =
= 2304, 05 gram
c. Berat poros
G3 = ………………………………………..(12)
Di mana : = diameter poros
= 4, 5 cm
l = panjang poros
= 30 cm (direncanakan)
= 7,8 gram/cm³
G3 =
= 3719, 72 gram
Jadi berat total (G) adalah :
G = G1 + G2………………………………………..(13)
= 1476,96 + 2304, 05
= 3781, 01 gram
= 3, 781 kg
2. Perhitungan lendutan
a. Lendutan akibat beban poros (Y1)
L/2 L/2
q
TUGAS ELEMEN MESIN II
L/2
Di mana : Y1 =
W = G3 = 3719, 72 gr = 3,7 kg
L = Panjang poros = 30 cm
E = Modulus elastis
= 2,15 x 106 kg/cm²
I = Momen inersia
=
=
= 20, 12
sehingga : Y1 =
= 0, 0009 cm
b. Lendutan akibat berat kampas kopling (Y2)
Gtot
P
Y2 = ………………………..(15)
Di mana : P = berat plat gesek
= G1 + G2
= 3, 781 kg
Sehingga :
Y2 =
= 4,9 . cm
maka defleksi lendutan total yang terjadi :
TUGAS ELEMEN MESIN II
Y = Y1 + Y2
= 0,0009 + 4,9 .
= (0,9 + 0,049) . cm
= 0, 949 . cm
3. Pemeriksaan terhadap putaran kritis
= Y
1300 …………………………………………..(16)
=
= 9738 rpm
Diagram putaran kritis
Putaran operasi maksimum < putaran kritis, yaitu 3360 rpm < 9738 rpm, maka poros
aman terhadap putaran kritis.
4. Perhitungan terhadap momen lentur
a. Momen lentur akibat beban poros (M1)
ncr
1,2 n
n normal
0,8 n
9738 rpm
3360 rpm
2800 rpm
2240 rpm
L
TUGAS ELEMEN MESIN II
q = W / L
M1 =
M1 = ……………………………………………..(17)
=
= 13, 88 kgcm
b. Momen lemur akimbo plat gesek (M2)
L/2 PL L/2
M2 = ………………………………(18)
P = 3, 781 kg
M2 =
= 28, 36 kgcm
Jadi momen lentur (M) adalah :
M = M1 + M2
= 13, 88 + 28, 36
= 42,24 kgcm
TUGAS ELEMEN MESIN II
5. Pemeriksaan diameter poros
= …………………………………………………
(19)
Di mana :
= momen reduksi
M = momen lentur total
Mp = momen puntir yang direncanakan
= faktor koreksi
= 0,8 (untuk bahan poros St. 60)
sehingga :
= 22 78,43768,024,42
= 3501, 68 kgcm
Diameter koreksi ( )
( ) = ………………………………………(20)
di mana :
=
s = faktor keamanan (8 – 10)
= 10 (dipilih)
= 6000 / 10
= 600 kg/cm²
sehingga :
=
= 3, 89 cm
Karena < , yaitu 3,89 cm < 4,5 cm, maka poros dapat dikatakan dalam
kondisi aman.
TUGAS ELEMEN MESIN II
BAB IV
KARAKTERISTIK KOPLING
1. Suhu Kopling
Suhu kopling terjadi saat bekerja akibat gesekan dan sangat berpengaruh
terhadap ketahanan kopling itu sendiri. Oleh karena itu perhitungan temperatur
TUGAS ELEMEN MESIN II
kopling sangat penting untuk mencek apakah kopling beroperasi pada temperatur
operasi yang diizinkan atau tidak.
perhitungan temperatur operasi
Q . K . t ………………………….. (21)
Sehingga :
t = ………………………………(22)
di mana : t = kenaikan temperatur
Q = kalor yang timbul akibat gesekan.
= 632Nfr kkal/h.
= luas bidang gesek
= 2 . . b . z
= 2 . 3,14 . 0,2058. 0,0412 . 1
= 0, 053 m
K = faktor perpindahan panas
= 70 kkal/m²h °C
Nfr = daya yang hilang akibat gesekan
= ……………………….(23)
di mana :
= energi gesek
= ………………………(24)
di mana :
Mfr = momen gesek
= 6565, 17 kgcm = 65, 65 kgm
= putaran poros
=
TUGAS ELEMEN MESIN II
=
= 293, 07 rad/det
t = waktu penyambungan kopling
= 2 detik (direncanakan)
W = kerja kopling / jam
= 80 (diasumsi)
maka energi gesek adalah :
Afr =
= 19240, 05 kgm
Nfr =
= 5,7 dk
jadi :
t =
= 121 oC
Temperatur Operasi ( ) :
= t + suhu kamar………………………………(25)
= 121 + 27
= 148 oC
Karena < , yaitu 148 °C < 250 °C, maka dapat dikatakan plat gesek aman
dari temperatur operasi.
2. Umur kopling
Penentuan umur kopling berguna untuk mengetahui sampai di mana
ketahanan dari kopling tersebut bila telah mencapai umurnya. Umur kopling
tergantung dari pemakaian kopling apakah kontinu atau tidak.
Perhitungan umur kopling :
TUGAS ELEMEN MESIN II
Ld = (jam)…………………….. (26)
Di mana :
Ld = lama pemakaian plat gesek
a = tebal plat gesek
= (0,2 0,5) cm
= 0,5 (direncanakan)
= kerja yang dihasilkan oleh plat gesek
= (5 8) dk
= 5 dk (dipilih)
= 5 x 746 = 3730 watt
maka :
Ld =
= 1734 jam
Diasumsi :
- Banyak penyambungan perjam (W) : 80 kali
- Lama kopling menyambung + melepas (T) : 2+2 : 4 detik
- diperkirakan sehari dipakai 10 jam (N)
Maka, umur kopling adalah
L = 3600Ld /W.T.N……………………………(27)
= 3600. 1734 / 80. 4. 10
= 1950 hari
Jadi umur kopling dalam tahun adalah :
L =
= 5 tahun
Jadi plat gesek harus diganti tiap 5 tahun
3. Efisiensi kopling
TUGAS ELEMEN MESIN II
Penentuan efisiensi kopling dimaksudkan untuk mengetahui sampai di mana
kemampuan kerja kopling tersebut untuk memindahkan daya maksimum ke bagian
transmisi lainnya.
Perhitungan efisiensi kopling :
= ……………………….(28)
jadi efisiensi kopling :
=
= 95 %
BAB V
K E S I M P U L A N
Berdasarkan hasil perhitungan yang dilakukan pada bab-bab sebelumnya maka dapat
disimpulkan bahwa :
A. Perhitungan poros
a. Momen puntir pada poros = 4376, 78 kgcm
TUGAS ELEMEN MESIN II
b. Momen puntir yang direncanakan = 4376, 78 kgcm
c. Momen gesek yang direncanakan = 6565, 17 kgcm
d. Tegangan tarik yang diizinkan = 750 kg/cm²
e. Tegangan geser yang diizinkan = 433, 5 kg/cm²
f. Diameter poros = 4, 5 cm
B. Perhitungan ukuran kopling / plat gesek
a. Jari-jari rata-rata permukaan plat gesek = 20, 58 cm
b. Jari-jari dalam plat gesek = 18, 3 cm
c. jari-jari luar plat gesek = 22, 87 cm
d. Diameter luar plat gesek = 45, 74 cm
e. Diameter dalam plat gesek = 36, 6 cm
f. Diameter rata-rata plat gesek = 41, 16 cm
C. Perencanaan plat gesek
a. Diameter spline = 5, 63 cm
b. Tinggi spline = 0, 535 cm
c. Lebar spline = 0, 84 cm
d. jari-jari rata-rata spline = 2, 5 cm
e. Diameter rata-rata spline = 5 cm
f. Tegangan yang terjadi = 182, 37 kg/cm²
g. Tegangan geser yang diizinakan = 397, 39 kg/cm²
D. Pemeriksaan hasil perhitungan
1. Perhitungan berat kopling
Berat kampas = 1476, 96 gram
Berat plat tengah = 2304, 05 gram
Berat poros = 3719, 72 gram
Berat total kopling = 3, 781 kg
2. Perhitungan lendutan
Lendutan akibat beban poros = 0, 0009 cm
TUGAS ELEMEN MESIN II
Lendutan akibat beban kampas kopling = 4, 9 . cm
Lendutan total = 0, 949 . cm
3. Perhitungan putaran kritis
Putaran kritis = 9738 rpm
4. Perhitungan terhadap momen lentur
Momen lentur akibat beban poros = 13, 88 kgcm
Momen lentur akibat beban plat gesek = 28, 36 kgcm
5. Pemeriksaan diameter poros
Momen reduksi = 3501, 68 kgcm
Diameter koreksi = 3, 89 cm
E. Karakteristik kopling
1. Suhu kopling
Temperatur maksimum = 250 °C
Temperatur operasi = 148 °C
2. Umur kopling = 5 Tahun
3. Efisiensi kopling = 95 %